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水生植物滤床技术改善富营养化水体水质的研究

宋海亮  
【摘要】: 水生植物滤床是将植物净化和物理过滤方式相结合的一种新型无基质型人工湿地系统,主要用于净化富营养化地表水。本文在太湖湖滨开展了水生植物滤床净化受污染河水的中试研究,取得了以下主要结果: 对水生植物的品种进行了筛选,确定空心菜和水芹菜分别为夏秋季节和冬春季节最适合于水生植物滤床栽培的可食用水生蔬菜品种。 全面考察了水生植物滤床去除氮、磷的工艺特点。最佳水力负荷为4.0 m3/(m2·d)、水深为10cm,此运行条件下水生植物滤床对总氮、总磷的全年平均去除率为17.3%和24.1%,全年平均去除负荷为1.539 g/(m2·d)和0.232 g/(m2·d)。系统对总氮、总磷的去除效果优于对溶解态氮、磷的去除效果。蔬菜收割频率对氮磷去除有一定影响,空心菜以每月收割一次为宜。水力负荷在3.0~4.0 m3/(m2·d)之间运行时可确保水生植物滤床取得经济效益。 通过对水生植物滤床中的底泥硝化潜力、反硝化潜力进行动力学分析,发现滤床中游硝化潜力大、上游反硝化潜力大,这样的分布对除氮不利。通过荧光原位杂交(FISH)技术测定底泥中的硝酸菌、亚硝酸菌数量及空间分布,发现硝化潜力的分布与底泥中亚硝酸菌密度的分布规律一致。植物氮吸收速率及微生物脱氮速率之和与底泥氮释放速率基本相等,是造成滤床对溶解性氮去除能力不高的根本原因。通过氮、磷收支平衡分析,计算得出植物吸收、微生物反硝化脱氮以及截留沉积三种作用对氮去除的贡献在同一水平,而截留沉积是磷去除的最主要途径。 首次采用水生植物滤床作为水源水预处理工艺,最佳水力负荷为2.5~3.0 m3/(m2·d)、水深为10~20cm。夏季对高锰酸盐指数(CODMn)和藻的去除率分别达20%和90%,冬季对CODMn和叶绿素a(Chl.a)的去除率分别为11%和85%。氨氮和浊度的全年去除率均分别达30%和90%。为城镇小型给水厂富营养化水源水预处理提供了一条可选途径。对水生植物滤床去除藻毒素(MC)的特性进行了系统研究。水力负荷为4.0 m3/(m2·d)时藻毒素去除效果较好,总藻毒素、MC-RR、MC-LR的平均去除率分别为59.4%、55.2%和66.0%。MC-RR在滤床中的衰减速度快于MC-LR。总藻毒素的去除与藻细胞总数、Chl.a、CODMn、TP的处理效果呈线性正相关。静态试验表明,植物的存在有利于MC-RR的去除,而光照有利于MC-LR的降解。 对水生植物滤床的产品——水生蔬菜的食用安全性进行了研究,水生蔬菜体内重金属Cd、Cr、Cu、Hg、As以及农药六六六、DDT残留量均符合国家食品卫生标准,但发现Pb含量有时超标。结合现场试验和室内静态试验,提出植物套种和定期收割两种方式均可提高水生蔬菜的食用安全性,并在中试基地中成功应用植物套种与定期收割相结合的方式解决了水生蔬菜中Pb含量超标的问题。


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